JP3307324B2 - クロム・ジルコニウム系銅合金素材の製造方法 - Google Patents

クロム・ジルコニウム系銅合金素材の製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、連続鋳造用モー
ルド、抵抗溶接用チップなど耐熱性に優れた高強度高伝
導度を有するクロム・ジルコニウム系銅合金素材を短時
間で製造する方法に関するものであり、特にクロム・ジ
ルコニウム系銅合金からなる抵抗溶接用電極素材を短時
間で製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、クロム・ジルコニウム系銅合金
素材は、優れた耐熱性、熱伝導性、高温耐摩耗性、冷間
加工性、電気伝導度などを有しているために、連続鋳造
用モールド、抵抗溶接用チップなどの素材として使用さ
れている。
【0003】これらクロム・ジルコニウム系銅合金素材
は、通常、連続鋳造または半連続鋳造して得られたC
r:0.2〜1.5重量%、Zr:0.001〜0.2
重量%を含有する組成のクロム・ジルコニウム系銅合金
インゴットを920〜1000℃の範囲において30分
以上加熱した後、圧下率:60%以上でかつ加工終了温
度が900℃以上となるように熱間加工を行い、前記熱
間加工直後直ちに10℃/sec以上の冷却速度で40
0℃以下の温度となるまで前記熱間加工材を急冷し、そ
の後400〜520℃の温度で0.5〜5時間保持の時
効処理を行うことにより製造することも知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】クロム・ジルコニウム
系銅合金素材は、前述のように優れた機械的および物理
的特性を有するが、製造工程に時間がかかり、これがコ
ストアップの原因になっていた。しかし、近年、抵抗溶
接用チップなどのように自動車産業、電気産業など競争
の激しい分野に使用される部品の低価格化に対する要求
は激しく、クロム・ジルコニウム系銅合金素材のなお一
層の製造時間の短縮によるコスト削減が求められてい
た。
【0005】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
かかる観点から、なお一層クロム・ジルコニウム系銅合
金素材の製造時間を短縮すべく研究を行った結果、C
r:0.2〜1.5重量%、Zr:0.001〜0.2
重量%を含有し、残部がCuおよび不可避不純物からな
る組成を有する電気伝導度:30〜55%IACSの溶
体化状態のクロム・ジルコニウム系銅合金インゴットを
920〜1000℃の範囲において30〜1000秒加
熱した後、加工終了温度が900℃以上となるように熱
間加工を行い、前記熱間加工直後から300秒以内に冷
却速度:10℃/sec〜50℃/secで400℃以
下から室温の範囲の温度となるように急冷し、その後4
00〜520℃の温度で0.5〜5時間保持の時効処理
を行うクロム・ジルコニウム系銅合金素材の製造方法
は、従来よりも一層短時間で耐熱性に優れた高強度高伝
導度を有するクロム・ジルコニウム系銅合金素材が得ら
れる、という知見を得たのである。
【0006】この発明は、かかる知見にもとづいてなさ
れたものであって、Cr:0.2〜1.5重量%、Z
r:0.001〜0.2重量%を含有し、残部がCuお
よび不可避不純物からなる組成を有する電気伝導度:3
0〜55%IACSの溶体化状態のクロム・ジルコニウ
ム系銅合金インゴットを920〜1000℃の範囲にお
いて30〜1000秒加熱した後、加工終了温度が90
0℃以上となるように熱間加工を行い、前記熱間加工直
後から300秒以内に冷却速度:10℃/sec〜50
℃/secで400℃以下から室温の範囲の温度となる
ように急冷し、その後400〜520℃の温度で0.5
〜5時間保持の時効処理を行ってクロム・ジルコニウム
系銅合金素材を製造する方法、に特徴を有するものであ
る。
【0007】この発明の30〜55%IACSの電気伝
導度を有する溶体化状態のインゴットは、従来のインゴ
ットよりも添加元素の析出量が少ないために、熱間加工
前のインゴットの加熱時間の短縮することができるので
コスト削減に貢献することができる。すなわち、従来の
インゴット(電気伝導度:80〜90%IACS)の熱
間加工前のインゴットの加熱時間は30分以上必要であ
ったが、この発明の30〜55%IACSの電気伝導度
を有する溶体化状態のインゴットの加熱時間は30〜1
000秒(0.5〜16.7分)で十分であり、熱間加
工前のインゴットの加熱時間の大幅な短縮が可能とな
り、製造時間の大幅な短縮が可能となって製造コストを
削減することができる。
【0008】この発明の30〜55%IACSの電気伝
導度を有する溶体化状態のインゴットは、通常の連続鋳
造により通常よりも小さな径のインゴットを製造し、通
常よりも多くの水量で冷却する。この発明の場合、30
〜55%IACSの電気伝導度を有する溶体化状態のイ
ンゴットは、直径:10〜250mmのインゴットを鋳
造し、水冷ノズルを増設することにより0.5〜3m3
/分で通常よりも多量の水量を使用することにより冷却
速度:10〜30℃/secで急冷し製造することがで
きる。
【0009】さらに、熱間加工前のインゴットの加熱時
間の短縮は、インゴットの結晶粒の粗大化を阻止するこ
とができるので結晶粒微細化のための熱間加工時の圧下
率を60%未満に押さえることができるところから圧延
などの加工装置を小型化できるとともに、微細な結晶粒
を有するインゴットは熱間加工時の割れの発生を防止す
ることができ、歩留まりの向上に効果がある。
【0010】この発明の耐熱性に優れた高強度高伝導度
を有するクロム・ジルコニウム系銅合金素材の製造方法
における条件を限定した理由を説明する。 (a)成分組成 Crは0.2重量%未満では十分な硬度が得られず、一
方、1.5重量%を越えて含有してもより一層の硬度が
得られないところからCr:0.2〜1.5重量%に定
めた。さらにZrは0.001重量%未満では焼入れ感
受性、硬度、耐熱性が低下するので好ましくなく、一
方、Zrが0.2重量%を越えると電気伝導度が低下す
るので好ましくない。従って、Zr:0.001〜0.
2重量%に定めた。この発明のクロム・ジルコニウム系
銅合金素材には、Mg,Si,Al,Ni,Sn,F
e,Mn,Ag,Co,B,Pなどを0.2重量%以下
であれば含まれていても良い。
【0011】(b)熱間加工前のインゴットの加熱温度
および加熱時間 この加熱温度は、1000℃を越えると熱間加工性が劣
化し、かつダイスに焼付が発生しやすくなるので好まし
くなく、一方、920℃未満では最終の材料の硬度が低
下するので好ましくない。従って、熱間加工前のインゴ
ットの加熱温度は920〜1000℃に定めた。加熱温
度は950〜980℃にすることが一層好ましい。ま
た、この発明の電気伝導度:30〜55%IACSの熱
間加工前のインゴットの加熱時間を30〜1000秒に
限定した理由は、熱間加工前のインゴットの加熱時間が
30秒未満では十分な加熱が行われないので好ましくな
く、一方、1000秒を越えるとインゴットの結晶粒が
粗大化し、加工中に割れが発生するので好ましくないこ
とによるものである。
【0012】(c)熱間加工終了温度 この温度は、900℃未満では高強度、高伝気伝導度を
有する銅合金として必要な硬度を得ることができないと
ころから900℃以上に定めた。この温度は920〜9
50℃にすることが一層好ましい。
【0013】(d)熱間加工終了後から冷却までの時間 熱間加工終了後から冷却までの時間は、熱間加工終了直
後であることが最も好ましいが、300秒を越えると必
要な硬度が得られなくなるところから300秒以下に定
めた。90秒以下にすることが一層好ましい。
【0014】(e)熱間加工終了後の冷却速度 熱間加工終了後から冷却速度は、10℃/sec未満で
は必要な硬度を得ることができないところから10℃/
sec以上に定めたが、一方、50℃/secを越える
冷却速度で冷却しても十分な効果が得られない。従っ
て、熱間加工終了後の冷却速度は10〜50℃/sec
に定めた。12〜18℃/secにすることが一層好ま
しい。
【0015】(f)時効温度および時間 この温度および時間は、従来のクロム・ジルコニウム系
銅合金の時効温度と同じである。
【0016】(g)インゴットの電気伝導度 インゴットの電気伝導度が55%IACSを越えると一
旦析出した析出物を再固溶させるために、熱間加工前の
インゴットの加熱時間を長くする必要があり、製造時間
が長くなってコストがかかるようになるので好ましくな
く、一方、インゴットの電気伝導度を30%IACS以
下にするにすることは困難であるところから、この発明
のインゴットの電気伝導度を30〜55%IACS(好
ましくは30〜45%IACS)に定め、それによっ
て、インゴットの加熱時間を1000秒以下に押さえ、
熱間加工前のインゴットの加熱時間を大幅に短縮するこ
とができる。
【0017】
【発明の実施の形態】実施例1 Cr:0.9重量%、Zr:0.02重量%を含有し、
残部がCuおよび不可避不純物からなるクロム・ジルコ
ニウム系銅合金を溶解し、得られた溶湯を内径:175
mmのモールドを装備した連続鋳造装置にて連続鋳造
し、モールドから出てくる半凝固インゴットに1m3 /
分の流量の冷却水を吹き付けながら、直径:175m
m、長さ:530mmの寸法を有する溶体化状態の円柱
状インゴットを製造した。この溶体化状態の円柱状イン
ゴットの電気伝導度は41.6%IACSを有してい
た。
【0018】この電気伝導度:41.6%IACSを有
するクロム・ジルコニウム系銅合金からなる溶体化状態
の円柱状インゴットを980℃で90秒加熱後、直径:
16mmの穴を有する間接押出機にて押出終了温度が9
30℃となるように押出加工を行い、押出加工した直後
に内径:80mm、長さ:2mの寸法を有し、内部に水
量:200L/分の水が流れるステンレス管の中を通過
させ、さらに水量:2000L/分の水が流れるコイラ
ーにて巻き取って線材を製造した。この時の線材の冷却
速度は15℃/secであり、巻取り終了後の線材の温
度は50℃であった。
【0019】得られた線材を冷間にて直径:10mmま
で伸線し、温度:450℃、2時間保持の条件で時効処
理し、さらに直径:9mmまで伸線し、得られた線材の
結晶粒度、引張強さ、伸び、硬度、および電気伝導度を
測定し、その結果を以下に示した。なお、直径:9mm
の伸線を製造するまでの加工中に割れの発生は見られな
かった。
【0020】結晶粒度の測定は、線材を研磨、エッチン
グしたのち、ミクロ組織を出し、JIS−H−0501
−1986切断法によって行った。引張試験は、JIS
−Z−2201に基づく試験片を用い、JIS−Z−2
241の引張試験方法によって行った。硬度測定は、J
IS−Z−2244に基づき研磨した試料で行った。電
気伝導度の測定は、シグマテスターにて研磨した試料で
行った。
【0021】結晶粒度:0.08mm、引張強さ:52
1N/mm2 、伸び:25%、硬度:156Hv、電気
伝導度:89%IACS、
【0022】従来例1 実施例1と同じCr:0.9重量%、Zr:0.02重
量%を含有し、残部がCuおよび不可避不純物空なるク
ロム・ジルコニウム系銅合金を溶解し、得られた溶湯を
内径:175mmのモールドを装備した連続鋳造装置に
て連続鋳造し、モールドから出てくる半凝固インゴット
に0.3m3 /分の流量の冷却水を吹き付けながら徐冷
することにより、直径:175mm、長さ:530mm
の寸法を有する通常の円柱状インゴットを製造した。こ
の円柱状インゴットの電気伝導度は83%IACSを有
していた。
【0023】この通常の円柱状インゴットに析出した析
出物を完全に固溶させるために円柱状インゴットを98
0℃で60分間加熱したのち溶体化処理し、さらに粗大
化した結晶粒を微細化させるために圧下率:70%の熱
間圧延を行い、さらに直径:10mmまで冷間伸線し、
引き続いて温度:450℃、2時間保持の条件で時効処
理した後さらに直径:9mmまで伸線し、得られた線材
の結晶粒度、引張強さ、伸び、硬度、および電気伝導度
を測定し、その結果を以下に示した。なお、直径:9m
mの伸線を製造するまでの加工中に割れの発生は見られ
なかった。
【0024】結晶粒度:0.07mm、引張強さ:48
3N/mm2 、伸び:20%、硬度:144Hv、電気
伝導度:86%IACS、
【0025】
【発明の効果】実施例1で得られた線材と従来例1で得
られた線材とを比較すると、結晶粒度がほぼ同じであっ
ても、実施例1で得られた線材の引張強さ、伸び、硬
度、電気伝導度は、従来例1で得られた線材と比べて優
れているところから、実施例1で得られた線材は従来例
1で得られた線材よりも抵抗溶接用素材として優れたも
のであり、またこの発明の方法によると、熱間加工前の
インゴットの加熱時間は90秒で極めて短時間であるに
対し、従来法では熱間加工前のインゴットの固溶体化お
よび結晶粒の微細化のための時間は60分であり、さら
にこの発明の方法では大きな圧延設備を必要とせず、ク
ロム・ジルコニウム系銅合金線材の製造時間を大幅に短
縮することができ、さらに設備費用も少なくできるとこ
ろから、製造コストの削減に大きく貢献し得るものであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C22F 1/00 650 C22F 1/00 650F 660 660A 682 682 683 683 684 684A 684B 691 691B 691C 692 692A 693 693A 693B (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22F 1/00 - 3/02 C22C 9/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Cr:0.2〜1.5重量%、Zr:0.
    001〜0.2重量%を含有し、残部がCuおよび不可
    避不純物からなる組成を有する電気伝導度:30〜55
    %IACSの溶体化状態のクロム・ジルコニウム系銅合
    金インゴットを、920〜1000℃の範囲において3
    0〜1000秒加熱した後、加工終了温度が900℃以
    上となるように熱間加工を行い、前記熱間加工直後から
    300秒以内に冷却速度:10℃/sec〜50℃/s
    ecで400℃以下から室温の範囲の温度となるように
    急冷し、その後400〜520℃の温度で0.5〜5時
    間保持の時効処理を行うことを特徴とするクロム・ジル
    コニウム系銅合金素材の製造方法。
  2. 【請求項2】Cr:0.2〜1.5重量%、Zr:0.
    001〜0.2重量%を含有し、残部がCuおよび不可
    避不純物からなる組成を有する電気伝導度:30〜55
    %IACSの溶体化状態のクロム・ジルコニウム系銅合
    金インゴットを、920〜1000℃の範囲において3
    0〜1000秒加熱した後、加工終了温度が900℃以
    上となるように熱間加工を行い、前記熱間加工直後から
    300秒以内に冷却速度:10℃/sec〜50℃/s
    ecで400℃以下から室温の範囲の温度となるように
    急冷し、その後400〜520℃の温度で0.5〜5時
    間保持の時効処理を行うことを特徴とするクロム・ジル
    コニウム系銅合金からなる抵抗溶接用電極素材の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の製造方法によっ
    て製造されたクロム・ジルコニウム系銅合金素材からな
    る抵抗溶接用電極。
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